一種混合耦合微帶雙工器的制作方法

本發明屬于移動通訊信號中轉技術領域，具體是一種混合耦合微帶雙工器。

背景技術：

雙工器是通信系統設備必不可少的器件。隨著無線通信系統頻率資源的愈加緊缺，對雙工器的性能指標的要求也越來越高。降低雙工器的體積和成本對于整個通信系統成本的降低有非常重要的意義。高選擇性、高隔離、小型化、低成本的新型雙工器是市場的迫切需求，也是雙工器發展的必然趨勢。

利用sir（steppedimpendenceresonator，是利用不同特性阻抗的傳輸線實現諧振的一種結）結構可以實現諧振器表面積的大大縮小，同時提升諧振器的諧波頻率，可以實現雙工器的寬上阻帶。對于由sir組成的濾波器而言，通過調節低阻抗區域和高阻抗區域的間距和饋線連接在開路枝節上的位置，可以分別調節諧振器之間的電、磁耦合系數比以及開路枝節位于第二饋線兩邊的電長度比，進而產生傳輸零點并且控制其位置和個數。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種混合耦合微帶雙工器，該雙工器有效地提高了濾波器的選擇性，并利用設計的濾波器實現了一種結構緊湊的雙工器，并具有寬阻帶、高選擇性、高隔離的特性，滿足了通信系統的實際需求。

為實現上述發明目的，本發明基于混合耦合實現多傳輸零點的理論，設計了具有多個靠近通帶的傳輸零點的高性能濾波器，具體技術方案如下：

一種混合耦合微帶雙工器，形成于介質基板上，包括第一饋線、第二饋線、第三饋線、第一開路枝節、第二開路枝節、第三開路枝節、第四開路枝節、第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器、第四諧振器、公共節點、第一高阻抗區域、第二高阻抗區域、第一低阻抗區域、第二低阻抗區域；其中，所述第一饋線、公共節點、第一開路枝節、第二饋線、第二開路枝節和第一、第二諧振器組成第一濾波器，產生第一通頻帶；所述第一饋線、公共節點、第三開路枝節、第三饋線與第四開路枝節和第三、第四諧振器組成第二濾波器，產生第二通頻帶。

進一步的，所述第一、第二、第三、第四諧振器是sir結構，即是由兩段尺寸不等的微帶線沿虛軸xx’連接而成，第一諧振器與第二諧振器的尺寸決定第一濾波器的工作頻段，第三諧振器與第四諧振器的尺寸決定第二濾波器的工作頻段。

更進一步，所述第一濾波器和第二濾波器通過公共節點相連，所述第一濾波器和第二濾波器具有一個公共的饋線即第一饋線和一個輸入輸出端口；所述第一饋線與公共節點垂直相連；所述第一開路枝節、第一諧振器和第二開路枝節、第二諧振器都與虛軸xx’平行，且關于虛軸yy’對稱，所述第一開路直枝節、第二開路枝節均與相應的諧振器高、低阻抗傳輸線分界面對齊；所述第三開路枝節、第三諧振器和第四開路枝節、第四諧振器也都與虛軸xx’平行，且關于虛軸zz’對稱，同樣所述第三開路直枝節、第四開路枝節均與相應的諧振器高、低阻抗傳輸線分界面對齊。

另一種改進，所述第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器、第四諧振器在沿x指向x’處的一端分別通過金屬化過孔接地。

另一種改進，所述第一、第二、第三饋線的特性阻抗為50歐姆；連接第一饋線端口為第一端口。連接第二饋線端口為第二端口，連接第三饋線端口為第三端口。

上述技術方案中，所述第一濾波器工作在第一通頻帶，第二濾波器工作在第二通頻帶，其中第一通頻帶工作在以中心頻率為2.4ghz的wlan系統，第二通頻帶工作在以中心頻率為2.6ghz的wlan系統。

本發明的一種混合耦合微帶雙工器，設計的第一濾波器在其通帶的上阻帶和下阻帶分別有一個和兩個傳輸零點，第二濾波器在其通帶的上阻帶和下阻帶分別有兩個和一個傳輸零點，同時，由于第一和第二濾波器之間的相互負載效應，使得在第二和第一通頻帶的帶內下方各產生一個新的傳輸零點，傳輸零點的位置靠近通帶邊緣，具有很高的頻率選擇性，且其中的兩個零點位置靠近并位于另外一個通帶的工作頻率，使得第二端口和第三端口有很高的隔離度，同時也實現了寬阻帶。本發明的雙工器，具有緊湊的結構，且兩個通帶的帶寬和中心頻率可以通過不同的尺寸參數進行獨立的調節，符合市場對雙工器高選擇性、高隔離、小型化、低成本的新型雙工器是市場的迫切需求。

附圖說明

圖1是本發明的混合耦合微帶雙工器所采用印刷電路板（pcb）的示意圖；

圖2是本發明的混合耦合微帶雙工器一個實施例中結構示意圖；

圖3是本發明的混合耦合微帶雙工器一個實施例中濾波器的傳輸零點與電、磁耦合系數比及開路枝節電長度比關系的3d圖；

圖4為本發明的混合耦合微帶雙工器一個實施例中采用hfss軟件的仿真結果；

圖5為本發明的混合耦合微帶雙工器一個實施例中采用安捷倫n5230c矢量網絡分析儀的測試結果。

附圖標記名稱如下：

a1：第一饋線；a2：第二饋線；a3：第三饋線；

b1：第一諧振器；b2：第二諧振器；b3：第三諧振器；b4：第四諧振器；

c1：第一開路枝節；c2：第二開路枝節；c3：第三開路枝節；c4：第四開路枝節；

d1：公共節點；

e1：第一金屬化過孔；e2：第二金屬化過孔；e3：第三金屬化過孔；e4：第四金屬化過孔；

f1:第一低阻抗區域；f2:第一高阻抗區域；f3:第二低阻抗區域；f4:第二高阻抗區域；

s1：介質；s2：基板上層金屬；s3：基板下層金屬；

port1：第一端口；port2：第二端口；port3：第三端口。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明提出的一種混合耦合微帶雙工器進行詳細說明。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“左側”、“右側”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解為對本發明的限制。本實施例中采用的具體尺寸只是為了舉例說明技術方案，并不限制本發明的保護范圍。

本實施例所述混合耦合微帶雙工器的3個端口均采用sma頭焊接，以便接入測試或者與電路相連。

本實施例的雙工器采用相對介電常數為2.2，厚度為0.508mm的pcb板作為介質基板，也可以采用其他規格的pcb板作為基板。如圖1所示，在pcb板的介質基片s1的上、下表面分別包覆有上金屬層s2和下金屬層s3。

圖2是所述雙工器的俯視示意圖。圖中雙工器是由兩個二階微波濾波器通過公共節點d1相連，且平行于虛軸xx’的第一饋線a1與公共節點相連。第一端口port1是第一、第二濾波器的公共端口；第一濾波器的另外一個端口是第二端口port2；第二濾波器的另外一個端口是第三端口port3。

構成第一諧振器b1、第二諧振器b2的寬度不等的微帶線，較寬的微帶線沿垂直于虛軸xx’方向上的寬度是1.1mm，沿虛軸xx’方向上的長度是10.57mm，兩微帶線之間第一低阻抗區域f1沿垂直于虛軸xx’方向上的間距為0.5mm；較窄的微帶線沿垂直于虛軸xx’方向上的寬度是0.175mm，沿虛軸xx’方向上的長度是5.73mm，兩微帶線之間第一高阻抗區域f2沿垂直于虛軸xx’方向上的間距為0.95mm。

第一開路枝節c1與公共節點d1相連，其沿垂直于虛軸xx’方向上的寬度是0.3mm，沿虛軸xx’方向上的長度是8.97mm。第二開路枝節c2與第二饋線a2相連，其沿垂直于虛軸xx’方向上的寬度是0.3mm，沿虛軸xx’方向上的長度是8.5mm。

構成第三諧振器b3、第四諧振器b4的寬度不等的微帶線，較寬的微帶線沿垂直于虛軸xx’方向上的寬度是1.15mm，沿虛軸xx’方向上的長度是9.5mm，兩微帶線之間第二低阻抗區域f3沿垂直于虛軸xx’方向上的間距為0.45mm；較窄的微帶線沿垂直于虛軸xx’方向上的寬度是0.19mm，沿虛軸xx’方向上的長度是5.6mm，兩微帶線之間第二高阻抗區域f4沿垂直于虛軸xx’方向上的間距為1.27mm。

第三開路枝節c3與公共節點d1相連，其沿垂直于虛軸xx’方向上的寬度是0.3mm，沿虛軸xx’方向上的長度是7.9mm。第四開路枝節c4與第三饋線a3相連，其沿垂直于虛軸xx’方向上的寬度是0.3mm，沿虛軸xx’方向上的長度是7.4mm。

第一饋線a1沿垂直于虛軸xx’方向上的寬度是1.565mm，沿虛軸xx’方向上的長度是9mm。第二饋線a2是由長方形微帶和等腰梯形相連而成，等腰梯形微帶的下底與長方形微帶相連，長方形微帶沿垂直于虛軸xx’方向上的長度是4.14mm，沿虛軸xx’方向上的寬度是1.565mm；等腰梯形微帶的高度為1.6mm，上底寬度為0.465mm，下底寬度為1.565mm。第三饋線a3同樣是由長方形微帶和等腰梯形相連而成，等腰梯形微帶的下底與長方形微帶相連，長方形微帶沿垂直于虛軸xx’方向上的長度是4.14mm，沿虛軸xx’方向上的寬度是1.565mm；等腰梯形微帶的高度為1.6mm，上底寬度為0.465mm，下底寬度為1.565mm。公共節點是由長方形微帶和兩塊等腰梯形微帶相連，長方形微帶沿垂直于虛軸xx’方向上的長度是2.9mm，沿虛軸xx’方向上的寬度是1.565mm，兩塊等腰梯形微帶的尺寸與第一饋線a1中的等腰梯形尺寸相同。第一金屬化過孔e1、第二金屬化過孔e2、第三金屬化過孔e3、第四金屬化過孔e4的半徑皆為0.3mm。

第一諧振器b1和第二諧振器b2的尺寸決定了第一濾波器的諧振頻率，兩個諧振器之間通過高阻抗短路傳輸線實現磁耦合，低阻抗開路傳輸線實現電耦合，使得濾波器整體具有電、磁混合耦合，通過調節第一低阻抗區域f1和第一高阻抗區域f2的間距以及同步調整第二饋線a3連接在第二開路枝節c2上的位置和公共節點d1連接在第一開路枝節c1上的位置，可以分別調節諧振器之間的電耦合系數和磁耦合系數比以及開路枝節位于第二饋線兩邊的電長度比，進而在第一濾波器的下阻帶產生一個傳輸零點，上阻帶產生兩個傳輸零點，并且可以控制其位置。

濾波器的傳輸零點與電、磁耦合系數比及開路枝節電長度比關系如圖3所示，其中x、y軸分別為電耦合系數與磁耦合系數比和開路枝節電長度比，z軸為導納y21的值。由于第一、第二諧振器是sir結構，第一濾波器可以產生較寬的上阻帶。第三諧振器b3和第四諧振器b4的尺寸決定了第二濾波器的諧振頻率，兩個諧振器之間通過高阻抗短路傳輸線實現磁耦合，低阻抗開路傳輸線實現電耦合，使得濾波器整體具有電、磁混合耦合，通過調節第二低阻抗區域f3和第二高阻抗區域f4的間距以及同步調整第三饋線a3連接在第四開路枝節c4上的位置和公共節點d1連接在第一開路枝節c1上的位置，可以分別調節諧振器之間的電耦合系數和磁耦合比以及開路枝節位于第三饋線兩邊的電長度比，進而在第一濾波器的下阻帶產生兩個傳輸零點，上阻帶產生一個傳輸零點，并且可以控制其位置。對于第一濾波器而言，第二濾波器相當于一個開路枝節，由于兩個濾波器之間的相互負載效應使得在第二濾波器的工作頻帶內產生了一個新的傳輸零點；同樣，對于第二濾波器而言，第一濾波器相當于一個開路枝節，由于兩個濾波器之間的相互負載效應使得在第一濾波器的工作頻帶內產生了一個新的傳輸零點，增強雙工器的隔離度。

圖4給出了混合耦合微帶雙工器的仿真結果，結果表明雙工器第一通帶工作在中心頻率為2.4ghz，相對帶寬為2%的wlan系統，第二通帶工作在中心頻率為2.6ghz，相對帶寬為2%的wlan系統，當雙工器工作在第一通帶時，在其下阻帶有一個傳輸零點，上阻帶有2個傳輸零點，3個傳輸零點分別位于1.12、2.59和2.69ghz。當雙工器工作在第二通帶時，在其下阻帶有3個傳輸零點，3個傳輸零點分別位于1.44、2.4和2.5ghz。

圖5給出了混合耦合微帶雙工器的測試結果，測試結果與仿真結果相吻合。

基于對本發明優選實施方式的描述，應該清楚，由所附的權利要求書所限定的本發明并不僅僅局限于上面說明書中所闡述的特定細節，未脫離本發明宗旨或范圍的對本發明的許多顯而易見的改變同樣可能達到本發明的目的。